8.Химические связи в структурах минералов

хим. связи. На первый взгляд такие характеристики кристаллического вещества, как тип решетки Браве, число формульных единиц Z, координационные числа (КЧ) и координационные полиэдры (КП), формальны. На деле оказывается, что атом попадает в ту или иную позицию, в то или иное окружение не случайно. (Например, катионы Na + в структуре галита NaCl располагаются в центрах октаэдров, вершины которых заняты ионами CI” (см. рис. 6.146); ионы Cs + в структуре CsCl — в центрах кубов с ионами С1~ в их вершинах. Но поскольку все атомы в кристаллических структурах взаимосвязаны, то и координационные числа, и тип построек из тех или иных атомов, и другие характеристики структур являются функцией взаимодействий между атомами, т. е. Функцией химической связи между ними.

Концепция химической связи — важнейшего понятия химии — лежит в основе всех остальных ее базовых понятий и является одной из центральных в науках о строении вещества. Она позволяет свести кван-тово-механическую проблему описания взаимодействий неразличимых электронов в молекулах и кристаллах к кристаллохимической задаче описания взаимодействий между атомами разных сортов. И сама кристаллическая структура — это не что иное, как модель (некоторое приближение) локализованных межатомных химических связей. Эта модель характеризуется определенной координацией каждого сорта атомов (т. е. КЧ и КП), параметрами элементарной ячейки (а, Ь, с, а, (3, у) и в конце концов симметрией.

Нужно помнить, что химическая связь — это взаимодействие атомов одного и того же или разных химических элементов, в процессе которого происходит перестройка электронных оболочек связывающихся атомов с одновременным образованием единого электронного облака, сопровождающимся понижением энергии всей системы. И независимо от агрегатного состояния вещества химическая связь всегда электростатическая и может быть описана с помощью представлений о валентных электронах связанных атомов. По природе она всегда одна и та же, и выделение типов химической связи подчеркивает лишь ее разновидности. Поскольку энергия взаимодействий атомов характеризуется большим диапазоном, химические связи между частицами в структурах принято делить на следующие типы; металлические ионные ковалентные ван-дер-ваалъсовы и водородные

Билет 18.

1. Гипергенез. Его зоны. Коры выветривания, как зоны апогипергенеза, их климатическая зональность. Коровое минералообразование. Латериты. Гипергенез – совокупность процессов химического ифизического преобразования минеральных веществ в верхних частях земнойкоры и на ее поверхности (при низких температурах) под действиематмосферы, гидросферы и живых организмов.Т. е. одна из важных стадий литогенеза, подразумевает изменение, а впоследствии и разрушение осадочных горных пород в поверхностной зоне земной коры под влиянием различных факторов выветривания (вода, кислород, углекислота и др.). Различают 3 зоны гипергенеза: поверхностную – зону апогипергенеза и 2 нижележащие – собственно зоны мезо- и протогипергенеза. Зона апогипергенеза (от поверхности до 100 м) – зона коры выветривания. На глубине от 100 до 700 м залегают малонарушенные литокомплексы континентов. Зона мезогипергенеза (от 700 м до 1,5 км) – зона линейной трещиносватости, характеризуется началом образования линейных кор выветривания. Зона протогипергенеза (около 2 км) – сюда по трещинам могут проникать поверхностные воды, характеризуется началом процессов глубинного выветривания. Кора выветривания – комплекс горных пород, возникших в верхней части литосферы в результате преобразования в континентальных условиях магматических, метаморфических и осадочных пород под влиянием различных факторов выветривания. Образование кор выветривания тесно связано с климатической зональностью, которая проявляется в наличии климатических зон с разными температурами и разными объемами водных осадков. Экваториальная зона с высокой влажностью и температурой (гумидный климат) наиболее благоприятна для химического выветривания, здесь возникают мощные коры выветривания (линейные – до 700 м, площадные – 60 – 70 м). В пустынных районах (аридный климат) из-за недостатка влаги химические процессы подавлены, и, наоборот, интенсивно происходит физическое выветривание. В зоне умеренного климата химическое и физическое выветривание идут примерно с равной интенсивностью, однако низкие температуры препятствуют глубокому разложению материнских пород. В холодных полярных районах (нивальный климат) самый слабый апогиперегенез, коры выветривания практически не образуются. Первичные минералы (все минералы исходных пород коры выветривания) представлены силикатами, карбонатами, глинистыми породами (глина, мергель). Выделяют устойчивые и неустойчивые к выветриванию минералы. К устойчивым относятся: гомоатомные соединения: Au, Pt и платиноиды, алмаз, благородные металлы (кроме Fe); близкие гомоатомным бинарные соединения: карбиды (муассанит – минерал метеоритного происхождения); окислы: корунд, кварц, TiO₂ (рутил, анатаз, брукит), ильменит (лейкоксен), титаномагнетит, хромит (хромшпинелиды); другие классы: фосфаты (моноцит, ксенотим), ильменорутил. Неустойчивые минералы подвергаются изменениям. При выветривании полевых шпатов кислая среда способствует образованию из них каолинита, щелочная – благоприятствует возникновению монтмориллонита. Каолинит дальше распадается на составляющие его свободные окислы кремния и алюминия. При выветривании силикатов в первую стадию образуются хлориты, гидрослюды, затем монтмориллонит и нонтронит. При более длительном выветривании скапливаются гидроокислы железа (охры), каолинит и как конечный продукт – свободная окись алюминия. При окислении сульфиды переходят через сульфаты в карбонаты и окисные соединения. Например, при окислении сульфидов железа вначале образуется железный купорос, в дальнейшем переходящий в лимонит и серную кислоту. Характерным минералом при выветривании сульфидов железа является ярозит.

Латериты. В состав латеритов входит каолинит, окись железа, свободный глинозем и двуокись титана. Латериты окрашены в красный, оранжевый, реже в розовый и светло-розовый цвет. Иногда с поверхности покрыты черной коркой. Она образуется в некоторых районах тропиков в результате химического выветривания пород, богатых алюмосиликатами. Образованию латеритов способствуют пологий рельеф, обуславливающий возможность длительного нахождения на поверхности земли продуктов выветривания, и кислая реакция среды.

2. Сульфиды, их филогения в эндогенных и экзогенных процессах. Полиметаллы. Рудные сульфидные формации.

Сульфиды – природные сернистые соединения металлов и некоторых неметаллов. Основные сульфиды: пирит (FeS₂), пирротин (Fe_1-xS, x = 0.1 – 0.2), галенит (PbS), сфалерит (ZnS), халькопирит (CuFeS₂), марказит (FeS₂). Эндогенное образование сульфидов: а) продукты ликвации сульфидно-силикатной магмы (пирротин, халькопирит); б) скарны (халькопирит, пирит, пирротин, галенит, сфалерит); в) гидротермальное – высокотемпературный (пирит, халькопирит), среднетемпературный (галенит, сфалерит, пирротин, халькопирит), низкотемпературный (галенит, сфалерит, пирит); г) магматогенные – кристаллизация из остаточного расплава (пирит). Экзогенное образование сульфидов: а) диагенетический минерал в осадке (иле) (пирит, марказит, халькопирит); б) образуется как метаколлоидный минерал из подземных вод, обогащенных сероводородом и металлоорганическими соединениями (сфалерит, пирит).

Руда полиметаллическая – содержащая Pb, Zn и обычно Cu, а в качестве постоянных примесей Ag и Au и нередко кадмий, индий, галлий и некоторые другие редкие металлы. Свинец и цинк в полиметаллических рудах обычно присутствуют в виде сульфидов – галенита и сфалерита. Происхождение полиметаллических месторождений гидротермальное, бывают высокотемпературные, среднетемпературные и низкотемпературные.

Рудные сульфидные формации: кварц-халькопиритовая (Чили, Казахстан), галенит-сфалерит-халькопиритовая (Садон, Северный Кавказ), галенит-сфалерит-баритовая (месторождения Салаира), галенит-сфалеритовая (Кадая), галенит-сфалеритовая жильная (Садон в Осетии), пирит-галенит-сфалеритовая метасоматическая в карбонатных породах (Тинтик в США) и др.

3. Специальные химические методы исследования глинистых пород.

Зная состав глин, можно судить о свойствах и поведении глиняного сырья при его технологической переработке. Для изучения минерального состава глин применяется комплекс методов исследования, в том числе петрографический, рентгеноструктурный и др. Также используются различные химические методы исследования. Метод избирательного окрашивания глин органическими красителями основан на способности глинистых минералов по-разному адсорбировать красители на поверхности своих кристаллов. При этом используются три основных красителя: метиленовый голубой – синий, хризоидин – желтый, бензидин – бесцветный. Метод определения свободного диоксида кремния в глинистом сырье основан на выделении нерастворимого диоксида кремния горячей ортофосфорной кислотой и последующем прокаливании его до постоянной массы. Метод определения кальция и магния в водной вытяжке глинистого сырья основан на титровании кальция раствором трилона Б в присутствии индикатора флуорексона в щелочной среде при рН 12 – 13 и магния в сумме с кальцием в присутствии индикатора хром темно-синего в щелочной среде при рН 10. Метод определения хлор-ионов в водной вытяжке глинистого сырья основан на титровании хлор-ионов в водной вытяжке глинистого сырья азотнокислым серебром в присутствии хромовокислого калия. Метод определения сульфат-ионов в водной вытяжке глинистого сырья основан на осаждении в водной вытяжке сульфат-ионов в виде сульфата бария и определении его массы после прокаливания при температуре 850 – 900^оС в пересчете на сульфат ион.